7654164 セラミックス回路基板およびそれを用いた半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-21

(45)【発行日】2025-03-31

(54)【発明の名称】セラミックス回路基板およびそれを用いた半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/13 20060101AFI20250324BHJP

   H05K 3/18 20060101ALI20250324BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20250324BHJP

   H05K 3/28 20060101ALI20250324BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 C

H05K3/18 K

H05K1/02 F

H05K3/28 G

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2024524868

(86)(22)【出願日】2023-05-30

(86)【国際出願番号】 JP2023020064

(87)【国際公開番号】W WO2023234286

(87)【国際公開日】2023-12-07

【審査請求日】2024-11-18

(31)【優先権主張番号】P 2022090095

(32)【優先日】2022-06-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】303058328

【氏名又は名称】東芝マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 亮人

(72)【発明者】

【氏名】岩井 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】金原 恵太

【審査官】清水 稔

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２０１０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／１８７２０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－００２２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０１２６１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０１９４９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／１３

Ｈ０５Ｋ ３／１８

Ｈ０５Ｋ １／０２

Ｈ０５Ｋ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面を有するセラミックス基板と、
前記第１面の複数の第１領域にそれぞれ設けられた複数の金属部と、を備え、
前記第１面は、隣り合う前記第１領域同士の間に位置する第２領域を有し、
前記第２領域における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、４０μｍ以上１５３μｍ以下であり、
前記平均長さＲＳｍは、測定条件を、λｓフィルタ：あり、λｓカットオフ比：３００、カットオフ種別：ガウシアン、カットオフ波長（λｃ）：０．８ｍｍに設定して測定される、セラミックス回路基板。

【請求項2】

前記第２領域における前記平均長さＲＳｍは、１００μｍ以下である、請求項１に記載のセラミックス回路基板。

【請求項3】

前記第２領域における面の粗さ曲線の最大山高さＲｐは、１．０μｍ以上である、請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板。

【請求項4】

前記第２領域における面の粗さ曲線の最大谷深さＲｖは、１．０μｍ以上である、請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板。

【請求項5】

前記第１面の表面積に対する１つ以上の前記第２領域の面積の和は、５％以上５０％以下の範囲内である、請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板。

【請求項6】

前記セラミックス基板は窒化珪素基板である、請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板。

【請求項7】

前記複数の金属部のそれぞれは銅部材であり、
複数の前記銅部材は、Ａｇを含まない複数の接合層を介して前記複数の第１領域にそれぞれ接合されている、請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板。

【請求項8】

前記第２領域における粗さ曲線の最大山高さＲｐが１．０μｍ以上、かつ、前記粗さ曲線の最大谷深さＲｖが１．０μｍ以上ある、請求項６に記載のセラミックス回路基板。

【請求項9】

前記第１面の表面積に対する１つ以上の前記第２領域の面積の和は、５％以上５０％以下の範囲内である、請求項６に記載のセラミックス回路基板。

【請求項10】

請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板と、
前記複数の金属部のいずれかの上に実装された半導体素子と、
を備えた半導体装置。

【請求項11】

前記第２領域を覆うモールド樹脂をさらに備えた、請求項１０記載の半導体装置。

【請求項12】

請求項９に記載のセラミックス回路基板と、
前記複数の金属部のいずれかの上に実装された半導体素子と、
を備えた半導体装置。

【請求項13】

前記第２領域を覆うモールド樹脂をさらに備えた、請求項１２記載の半導体装置。

【請求項14】

第１面を有するセラミックス基板、及び、前記第１面の複数の第１領域にそれぞれ設けられた複数の金属部を含むセラミックス回路基板と、
前記複数の金属部のいずれかの上に実装された半導体素子と、を備え、
前記第１面は、隣り合う前記第１領域同士の間に位置する第２領域を有し、
前記第２領域における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、４０μｍ以上であり、
前記平均長さＲＳｍは、測定条件を、λｓフィルタ：あり、λｓカットオフ比：３００、カットオフ種別：ガウシアン、カットオフ波長（λｃ）：０．８ｍｍに設定して測定され、
前記第２領域を覆うモールド樹脂をさらに備えた、半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

後述する実施形態は、概ね、セラミックス回路基板およびそれを用いた半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、産業機器の高性能化に伴い、それに搭載されるパワーモジュールの高出力化が進んでいる。これに伴い、半導体素子の高出力化が進んでいる。半導体素子の動作保証温度は、１２５℃～１５０℃であるが、今後１７５℃以上に上昇する可能性がある。半導体素子を実装する回路基板としては、セラミックス回路基板が用いられている。セラミックス回路基板は、セラミックス基板と、その上に接合された金属板と、を備える。例えば、特許第６７８９９５５号公報（特許文献１）では、金属板端部から接合層がはみ出たはみ出し部を有している。特許文献１では、接合層はみ出し部の硬さやサイズを制御することにより、ＴＣＴ特性（耐熱サイクル特性）を向上させている。

【0003】

また、半導体素子を保護するために樹脂モールドが施されることがある。モールド樹脂は、半導体素子や配線などを外部応力から保護する役割を有する。モールド樹脂は、湿気などの外気から半導体素子などを保護する役割もある。

【0004】

半導体素子の動作保証温度の上昇に伴い、セラミックス回路基板とモールド樹脂との密着性が問題となっていた。セラミックス回路基板の熱膨張率とモールド樹脂の熱膨張率との差により、モールド樹脂がセラミックス回路基板からはがれると言った問題が生じていた。モールド樹脂がはがれると、半導体素子などの導通不良の原因となっていた。

【0005】

例えば、国際公開第２０１８／１７３９２１号（特許文献２）では、セラミックス回路基板の銅板に凹部を設けている。また、特開２０２１－６８８５０号公報（特許文献３）には、セラミックス基板に凹部を設けている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第６７８９９５５号公報

【文献】国際公開第２０１８／１７３９２１号

【文献】特開２０２１－６８８５０号公報

【文献】国際公開第２０１９／０５４２９４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献２および特許文献３のセラミックス回路基板では、金属板またはセラミックス基板に凹部を設けることにより、モールド樹脂との密着性を向上させている。一方、近年はセラミックス回路基板への半導体素子の実装密度が高くなっている。実装密度を高くするために、金属板表面における半導体素子の実装面積を大きくする方法が挙げられる。金属板表面の実装面積を大きくするために、金属板の平坦面を増やす方法が挙げられる。金属板同士の距離を狭くして金属板の搭載面積を大きくする方法もある。特許文献２のように金属板に凹部を設ける方法では、実装面積を増やすことができない。従来のセラミックス回路基板については、実装面積の確保とモールド樹脂の密着性を両立させることが十分とは言えなかった。

【0008】

実施形態は、このような課題に対応するためのものであり、実装面積の確保とモールド樹脂との密着性を両立させたセラミックス回路基板を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板及び複数の金属部を備える。セラミックス基板は、第１面を有する。複数の金属部は、第１面の複数の第１領域にそれぞれ設けられている。第１面は、隣り合う第１領域同士の間に位置する第２領域を有する。第２領域における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、４０μｍ以上である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係るセラミックス回路基板の一例を示す平面図。

【図2】実施形態に係るセラミックス回路基板の一例を示す側面図。

【図3】セラミックス基板の一例を示す平面図。

【図4】セラミックス基板の一例を示す側面図。

【図5】セラミックス基板の別の一例を示す平面図。

【図6】セラミックス基板の別の一例を示す平面図。

【図7】実施形態に係る半導体装置の一例を示す側面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施形態に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板及び複数の金属部を備える。セラミックス基板は、第１面を有する。複数の金属部は、第１面の複数の第１領域にそれぞれ設けられている。第１面は、隣り合う第１領域同士の間に位置する第２領域を有する。第２領域における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、４０μｍ以上である。

【0012】

図１は、実施形態に係るセラミックス回路基板の一例を示す平面図である。図２は、実施形態に係るセラミックス回路基板の一例を示す側面図である。図１及び図２において、符号１はセラミックス回路基板を示す。符号２はセラミックス基板を示す。符号３は金属部を示す。セラミックス回路基板１では、セラミックス基板２の少なくとも一方の面に、複数の接合層４をそれぞれ介して複数の金属部３が設けられている。

【0013】

図３は、セラミックス基板の一例を示す平面図である。図４は、セラミックス基板の一例を示す側面図である。図３及び図４において、符号２ａはセラミックス基板２の第１面（表面）を示す。符号２ｂはセラミックス基板２の第２面（裏面）を示す。第２面２ｂは、第１面２ａとは反対側に位置する。

【0014】

図３及び図４に示すように、第１面２ａは、２つ以上の第１領域ｒ１及び１つ以上の第２領域ｒ２を含む。図３において、第１領域ｒ１は二点鎖線で示されている。第２領域ｒ２は、ドットを付して示されている。また、図３では、第１面２ａに接合される金属部３を破線で示している。金属部３は、第１領域ｒ１に接合される。第２領域ｒ２は、第１領域ｒ１同士の間に位置する。第２領域ｒ２の上には、金属部３が設けられていない。第２領域ｒ２はパターン間領域と呼ばれることもある。図示した例では、セラミックス基板２に、３個の金属部３が配置されている。この場合、セラミックス基板２の第１面２ａは、３つの第１領域ｒ１と２つの第２領域ｒ２とを含む。

【0015】

より具体的には、第２領域ｒ２は、隣り合う金属部３同士の間の距離が最も短くなる方向において、隣り合う第１領域ｒ１同士の間に位置する領域である。ここでは、セラミックス基板２の厚さ方向に平行な方向を「Ｚ方向」とする。Ｚ方向に垂直であり、相互に直交する二方向を「Ｘ方向」及び「Ｙ方向」とする。便宜上、Ｘ方向をセラミックス基板２の長辺方向、Ｙ方向を短辺方向とする。図３に示す例では、複数の金属部３は、金属部３ａ、金属部３ｂ、及び金属部３ｃを含む。金属部３ａと金属部３ｂとの間の距離ｄ１は、Ｘ方向において最短となる。このため、Ｘ方向において、金属部３ａが接合された第１領域ｒ１と、金属部３ｂが接合された第１領域ｒ１と、の間に位置する領域が第２領域ｒ２となる。同様に、金属部３ｂと金属部３ｃとの間の距離ｄ２は、Ｘ方向において最短である。Ｘ方向において、金属部３ｂが接合された第１領域ｒ１と、金属部３ｃが接合された第１領域ｒ１と、の間の領域が第２領域ｒ２となる。

【0016】

図５及び図６は、セラミックス基板の別の一例を示す平面図である。図５及び図６に示す例では、セラミックス基板２に接合される金属部３のサイズ及び位置が、図１～図４に示す例とは異なる。図１～図４に示す例では、各金属部３の形状はＺ方向から見たときに長方形であり、各金属部３の長手方向が互いに平行である。図５に示す例では、複数の金属部３が、Ｘ方向及びＹ方向に配列されている。図６に示す例では、各金属部３の長手方向が互いに斜めになるように、複数の金属部３が配置されている。

【0017】

図５及び図６に示す配置についても、図３に示す例と同様の方法により、第１面２ａにおける第２領域ｒ２が特定される。具体的には、図５に示す例では、金属部３ａ～３ｄが設けられている。金属部３ａと金属部３ｂとの間の距離ｄ１、及び金属部３ｃと金属部３ｄとの間の距離ｄ２は、Ｘ方向において最短となる。Ｘ方向において、金属部３ａが接合された第１領域ｒ１と金属部３ｂが接合された第１領域ｒ１との間に位置する領域、及び金属部３ｃが接合された第１領域ｒ１と金属部３ｄが接合された第１領域ｒ１との間に位置する領域が、それぞれ第２領域ｒ２となる。また、金属部３ａと金属部３ｃとの間の距離ｄ３、及び金属部３ｂと金属部３ｄとの間の距離ｄ４は、Ｙ方向において最短となる。Ｙ方向において、金属部３ａが接合された第１領域ｒ１と金属部３ｃが接合された第１領域ｒ１との間に位置する領域、及び金属部３ｂが接合された第１領域ｒ１と金属部３ｄが接合された第１領域ｒ１との間に位置する領域が、それぞれ第２領域ｒ２となる。

【0018】

また、金属部３ａと金属部３ｄとの間の距離ｄ５、及び金属部３ｂと金属部３ｃとの間の距離ｄ６は、Ｘ方向及びＹ方向に対して傾斜した方向において最短となる。したがって、当該傾斜方向において、金属部３ａが接合された第１領域ｒ１と金属部３ｄが接合された第１領域ｒ１との間に位置する領域、及び金属部３ｂが接合された第１領域ｒ１と金属部３ｃが接合された第１領域ｒ１との間に位置する領域も、それぞれ第２領域ｒ２となりうる。ただし、金属部３同士の間の距離が３ｍｍを超える箇所については、第２領域ｒ２として扱わない。例えば、金属部３同士の間の最短距離が３ｍｍ以下の場合であっても、金属部３同士の距離が３ｍｍを超える領域は、第２領域ｒ２に含めない。

【0019】

図６に示す例では、金属部３ａと金属部３ｂとの間の距離ｄ１、及び金属部３ｂと金属部３ｃとの間の距離ｄ２は、Ｘ方向において最短となる。このため、Ｘ方向において、金属部３ａが接合された第１領域ｒ１と、金属部３ｂが接合された第１領域ｒ１と、の間に位置する領域が第２領域ｒ２となる。Ｘ方向において、金属部３ｂが接合された第１領域ｒ１と、金属部３ｃが接合された第１領域ｒ１と、の間の領域が第２領域ｒ２となる。ただし、金属部３ａが接合された第１領域ｒ１の一部と、金属部３ｂが接合された第１領域ｒ１の一部と、の間の距離は３ｍｍを超えている。このため、金属部３ａが接合された第１領域ｒ１の当該一部と、金属部３ｂが接合された第１領域ｒ１の当該一部と、の間の領域は、第２領域ｒ２に含まれない。

【0020】

また、図１及び図２において、符号４は、第１面２ａに設けられた接合層を示す。符号５は、金属部を示す。金属部５は、裏金属部とも呼ばれる。符号６は、第２面２ｂに設けられた接合層を示す。金属部３は、第１面２ａに直接接合されても良いし、図１及び図２に示すように、接合層４を介して第１面２ａに接合されても良い。第２面２ｂには、図２に示すように金属部５が接合されても良い。金属部５は、第２面２ｂに直接接合されても良いし、図２に示すように接合層６を介して第２面２ｂに接合されても良い。金属部５は、放熱板として用いられる。金属部５は、図示しないヒートシンクまたは筐体などとの接合に用いられる。実施形態に係るセラミックス回路基板１において、金属部５は回路として用いられても良い。

【0021】

金属部３が接合層４を介して第１面２ａに接合される場合、接合層４は、はみだし部４ａを含むことが好ましい。はみだし部４ａは、接合層４のうち、金属部３の端部からはみだした部分である。接合層４がはみだし部４ａを含む場合、第１面２ａのうちはみだし部４ａと接する領域も第１領域ｒ１に含まれる。第２領域ｒ２は、はみだし部４ａを含む接合層４と接する第１領域ｒ１同士の間に位置する。つまり、第２領域ｒ２は、Ｚ方向から見たときに、金属部３及び接合層４（はみだし部４ａ含む）のいずれとも重ならない領域である。

【0022】

実施形態に係るセラミックス回路基板１は、第１面２ａの第２領域ｒ２における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが４０μｍ以上であることを特徴としている。粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍとは、基準長さにおける輪郭曲線要素の長さＸｓの平均値である。粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍはＪＩＳ－Ｂ－０６０１（２０１３）に定められている。ＪＩＳ－Ｂ－０６０１（２０１３）に定められているように、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍの測定には、山及び谷と判断される最小高さ及び最小長さの識別が必要である。識別可能な最小高さの標準値は、最大高さ粗さＲｚの１０％とする。識別可能な最小長さの標準値は、基準長さの１％とする。この二つの条件を両方満足するように、山及び谷を決定した上で、輪郭曲線要素の長さＸｓの平均値を求める。なお、ＪＩＳ－Ｂ－０６０１はＩＳＯ４２８７に対応している。

【0023】

粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが４０μｍ以上であるということは、山と谷の１サイクルが４０μｍ以上であることを示す。第２領域ｒ２におけるＲＳｍが４０μｍ以上であるということは、山と谷の１サイクルが大きいことを示している。これにより、セラミックス回路基板１を樹脂でモールドした際に、セラミックス基板２とモールド樹脂との密着性を向上させることができる。従来のセラミックス基板では、ＲＳｍが４０μｍ未満と小さかった。山と谷のサイクルが小さいと、セラミックス基板２とモールド樹脂との間に微視的な隙間が形成される。一般的に、モールド樹脂の熱膨張率は、セラミックス基板２の熱膨張率よりも大きい。半導体素子の熱によってセラミックス基板２及びモールド樹脂の温度が変化すると、熱伝導率の差により、セラミックス基板２とモールド樹脂との間の界面には応力が発生する。セラミックス基板２とモールド樹脂との間に微視的な隙間が存在すると、半導体素子の熱に起因して発生する応力により、モールド樹脂がセラミックス基板２から剥がれ易くなる。

【0024】

また、第２領域ｒ２近傍におけるモールド樹脂は、金属部に実装される半導体素子の熱による影響を受けやすい。一般的に、金属部３の熱伝導率は、セラミックス基板２の熱伝導率よりも高い。半導体素子の熱は、金属部３を通して放出される。はみだし部４ａを設けることにより、金属部３ａ端部に発生する応力は緩和される。その一方で、金属部３に伝わった熱は、金属部３が設けられていない第２領域ｒ２にも伝わる。第２領域ｒ２には金属部３が設けられていないため、第２領域ｒ２に伝わった熱は放出され難い。このため、第２領域ｒ２近傍における温度が上昇し易い。さらに、第２領域ｒ２に接するモールド樹脂には、金属部３の熱膨張に起因する応力も加わる。このため、第２領域ｒ２とモールド樹脂との間では、他の部分に比べて、セラミックス基板２からのモールド樹脂の剥がれがより発生し易い。

【0025】

実施形態によれば、第２領域ｒ２におけるＲＳｍを制御することにより、セラミックス基板２とモールド樹脂との密着性を向上させることができる。セラミックス基板２とモールド樹脂との密着性が向上すると、Ｘ－Ｙ面に平行な方向においてモールド樹脂に応力が加わった際に、第２領域ｒ２の表面の山及び谷がモールド樹脂に引っ掛かる。すなわち、モールド樹脂に対してアンカー効果が生じる。これにより、モールド樹脂がセラミックス基板２から剥がれることを抑制できる。実施形態は、特に、金属部３同士の間隔が３ｍｍ以下の箇所が存在するセラミックス回路基板に有効である。

【0026】

粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍの上限は、特に限定されないが、１００μｍ以下であることが好ましい。ＲＳｍが１００μｍを超えて大きいと、ＲＳｍの制御が難しくなる可能性がある。このため、第２領域ｒ２におけるＲＳｍは、４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは５０μｍ以上８０μｍ以下の範囲内である。

【0027】

また、第２領域ｒ２における粗さ曲線の最大山高さＲｐは、１．０μｍ以上であることが好ましい。第２領域ｒ２における粗さ曲線の最大谷深さＲｖは、１．０μｍ以上であることが好ましい。粗さ曲線の最大山高さＲｐおよび粗さ曲線の最大谷深さＲｖについても、ＪＩＳ－Ｂ－０６０１（２０１３）に定められている。

【0028】

粗さ曲線の最大山高さＲｐは、粗さ曲線のうち最も大きな山の高さである。Ｒｐを１．０μｍ以上とすることにより、セラミックス基板２とモールド樹脂との密着性を向上させることができる。Ｒｐが１．０μｍ未満であると、セラミックス基板２とモールド樹脂との密着性が低下する可能性がある。Ｒｐの上限は、特に限定されないが、３．０μｍ以下が好ましい。Ｒｐが３．０μｍを超えて大きいと、第２領域ｒ２の表面における凹凸の隙間に、モールド樹脂が入り込まない箇所が生じる可能性がある。このため、Ｒｐは１．０μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは１．２μｍ以上２．０μｍ以下の範囲内である。

【0029】

粗さ曲線の最大谷深さＲｖは、粗さ曲線のうち最も大きな谷の深さである。Ｒｖを１．０μｍ以上とすることにより、セラミックス基板２とモールド樹脂との密着性を向上させることができる。Ｒｖが１．０μｍ未満であると、セラミックス基板２とモールド樹脂との密着性が低下する可能性がある。Ｒｖの上限は、特に限定されないが、３．０μｍ以下が好ましい。Ｒｖが３．０μｍを超えて大きいと、第２領域ｒ２の表面における凹凸の隙間に、モールド樹脂が入り込まない箇所が生じる可能性がある。このため、Ｒｖは１．０μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは１．２μｍ以上２．０μｍ以下の範囲内である。谷が深いと、Ｒｖが大きくなる。

【0030】

前述のＲＳｍを制御した上で、ＲｐまたはＲｖの１種または２種を制御することにより、セラミックス基板２とモールド樹脂との密着性をさらに向上させることができる。モールド樹脂が、セラミックス基板２からさらに剥がれ難くなる。

【0031】

ＲＳｍ、Ｒｐ、及びＲｖは、ＪＩＳ－Ｂ－０６０１（２０１３）に準じた方法で測定される。測定条件は、測定長さ：４．０ｍｍ、測定速度：０．６ｍｍ／ｓ、形状除去：最小二乗直線、λｓフィルタ：あり、λｓカットオフ比：３００、カットオフ種別：ガウシアン、カットオフ波長（λｃ）：０．８ｍｍに設定される。一度の測定で測定長さ４．０ｍｍを確保できないときは、複数回に分けても測定が行われても良い。また、第２領域ｒ２における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍの測定方向は、任意である。測定長さ４．０ｍｍが基準長さである。

【0032】

実施形態に係るセラミックス回路基板１では、第２領域ｒ２における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが制御される。例えば、上記測定条件に準拠したとき、第２領域ｒ２のどの部分を測定したとしても、ＲＳｍが４０μｍ以上である。また、第２領域ｒ２のどの部分を測定したとしても、Ｒｐは１．０μｍ以上であることが好ましい。第２領域ｒ２のどの部分を測定したとしても、Ｒｖは１．０μｍ以上であることが好ましい。なお、金属部３と接合される第１領域ｒ１には、ＲＳｍが４０μｍ未満の箇所が存在していてもよい。

【0033】

また、第１面２ａの表面積に対する各第２領域ｒ２の面積の合計は、５％以上５０％以下の範囲内であることが好ましい。つまり、５（％）≦［第２領域ｒ２の合計面積／第１面２ａの面積］×１００≦５０（％）であることが好ましい。例えば、長辺５０ｍｍ×短辺４０ｍｍのセラミックス基板であった場合、第１面２ａの表面積は、５０×４０＝２０００ｍｍ^２である。第１面２ａに１つの第２領域ｒ２のみが存在する場合は、その第２領域ｒ２の面積が、上記の「第２領域ｒ２の合計面積」に相当する。第１面２ａに複数の第２領域ｒ２が存在する場合は、各第２領域ｒ２の面積の合計が、上記の「第２領域ｒ２の合計面積」に相当する。例えば、図１～図４に示す例では、２つの第２領域ｒ２が存在する。２つの第２領域ｒ２の面積の合計が、「第２領域ｒ２の合計面積」である。

【0034】

第２領域ｒ２の合計面積を、第１面２ａの表面積の５％以上５０％以下の範囲内とすることにより、モールド樹脂の密着性と、半導体素子の実装面積の確保と、の両立を図ることができる。第２領域ｒ２の合計面積が５％未満であると、セラミックス基板２とモールド樹脂との密着性を向上させる効果が不足する可能性がある。第２領域ｒ２の合計面積が５０％を超えて大きいと、半導体素子などを実装する面積が不足する可能性がある。このため、第２領域ｒ２の合計面積は、第１面２ａの表面積の５％以上５０％以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは１０％以上４０％以下の範囲内である。

【0035】

セラミックス基板２には、様々の基板を適用することができる。セラミックス基板としては、窒化珪素基板、窒化アルミニウム基板、アルミナ基板、ジルコニア基板、アルジル基板が挙げられる。アルジル基板とは、アルミナとジルコニアを混合したセラミックス焼結体である。セラミックス基板の厚さは、０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。

【0036】

窒化珪素基板の３点曲げ強度は、６００ＭＰａ以上であることが好ましい。窒化珪素基板の熱伝導率は、８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。窒化珪素基板の強度を上げることにより、基板厚さを薄くすることができる。このため、窒化珪素基板の３点曲げ強度は、６００ＭＰａ以上が好ましく、より好ましくは７００ＭＰａ以上である。窒化珪素基板を用いることで、基板厚さを２ｍｍ以下、さらには０．４０ｍｍ以下と薄くできる。

【0037】

窒化アルミニウム基板の３点曲げ強度は、３００～４５０ＭＰａ程度である。その一方、窒化アルミニウム基板の熱伝導率は、１６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。窒化アルミニウム基板の強度は低いため、基板厚さは０．６０ｍｍ以上が好ましい。酸化アルミニウム基板の３点曲げ強度は、３００～４５０ＭＰａ程度であるが、酸化アルミニウム基板は安価である。アルジル基板の３点曲げ強度は、５５０ＭＰａ程度と高いが、熱伝導率は３０～５０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。

【0038】

窒化珪素基板がセラミックス基板２として用いられることが好ましい。窒化珪素基板は高い強度を有するため、モールド樹脂の熱収縮に耐えることができる。また、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である窒化珪素基板を用いることにより、放熱性も向上させることができる。また、窒化珪素基板では、アスペクト比が１．５以上の窒化珪素結晶粒子が主体である。細長い窒化珪素結晶粒子が絡み合うことにより、セラミックス基板２の強度を高くすることができる。また、細長い窒化珪素結晶粒子がランダムに配向することにより、ＲＳｍを制御し易くなる。

【0039】

金属部３として、金属板、薄膜、メタライズ膜などが挙げられる。薄膜は、スパッタ法又はメッキ法などにより形成された導電性膜を指す。メタライズ膜は、金属粉末ペーストを塗布し、焼成して形成された導電性膜を指す。

【0040】

金属部３は、金属板が加工された部材であることが好ましい。金属板（金属部３）の厚さは０．３ｍｍ以上であることが好ましい。金属板を厚くすることにより、放熱性を向上させることができる。通電容量を向上させることもできる。このため、金属板の厚さは０．３ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは０．６ｍｍ以上である。金属板の厚さの上限は特に限定されないが、５ｍｍ以下が好ましい。厚さが５ｍｍを超えると、金属部３側面の傾斜形状の制御が困難となる可能性がある。また、放熱性の観点からは、厚さ０．３ｍｍ以上の銅板を金属部３に用いることが好ましい。また、金属部３の厚さおよび金属部５の厚さがともに０．３ｍｍ以上であることが好ましい。金属板を金属部３に用いることにより、金属部３とモールド樹脂との密着性を向上させた上で、金属部３の通電容量および放熱性を向上させることができる。

【0041】

金属板として、銅板、銅合金板、アルミニウム板、アルミニウム合金板から選ばれる１種以上が挙げられる。金属板としては銅板が好ましい。また、無酸素銅板が好ましい。無酸素銅は、ＪＩＳ－Ｈ－３１００に示されるように、銅純度９９．９６ｗｔ％以上である。銅の熱伝導率は約４００Ｗ／ｍ・Ｋであり、アルミニウムの熱伝導率は約２４０Ｗ／ｍ・Ｋである。銅はアルミニウムよりも高い熱伝導率を有する。銅板を金属部３に用いることで、金属部３の放熱性が向上する。また、アルミニウム板は純アルミニウムであることが好ましい。純アルミニウムは、ＪＩＳ－Ｈ－４０００に示されている。なお、ＪＩＳ－Ｈ－４０００はＩＳＯ６３６１に対応している。ＪＩＳ－Ｈ－３１００はＩＳＯ１９７などに対応している。

【0042】

セラミックス基板２と金属部３は、接合層４を介して接合されていることが好ましい。接合層４は、活性金属接合法を用いて形成される部材であることが好ましい。活性金属接合法とは、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）から選ばれる１種または２種以上の活性金属を用いた接合方法である。銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）を主成分とし、活性金属を含有した活性金属ろう材が用いられる。ここでいう主成分とは、ろう材の金属成分の中で最も多く含有される成分のことである。

【0043】

活性金属ろう材は、Ａｇ（銀）を０質量％以上６０質量％以下、Ｃｕ（銅）を１５質量％以上７０質量％以下、Ｔｉ（チタン）またはＴｉＨ_２（水素化チタン）を１質量％以上１５質量％以下、含有することが好ましい。ＴｉとＴｉＨ_２の両方が用いられる場合は、これらの合計を１質量％以上１５質量％以下の範囲内とする。ＡｇとＣｕが両方用いられる場合は、Ａｇが２０質量％以上６０質量％以下の範囲内であり、Ｃｕが１５質量％以上４０質量％以下の範囲内であることが好ましい。必要に応じ、Ｓｎ（錫）またはＩｎ（インジウム）の１種または２種が、１質量％以上５０質量％以下の範囲内で活性金属ろう材に含有されてもよい。また、必要に応じ、Ｃ（炭素）が０．１質量％以上２ｗｔ％以下の範囲内で活性金属ろう材に含有されてもよい。

【0044】

活性金属ろう材組成の比率は、混合する原料の合計を１００質量％で計算する。例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉの３種で活性金属ろう材が構成される場合、Ａｇ＋Ｃｕ＋Ｔｉ＝１００質量％となる。Ａｇ、Ｃｕ、ＴｉＨ_２、Ｉｎの４種で活性金属ろう材が構成される場合、Ａｇ＋Ｃｕ＋ＴｉＨ_２＋Ｉｎ＝１００質量％となる。Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｃの５種で活性金属ろう材が構成される場合、Ａｇ＋Ｃｕ＋Ｔｉ＋Ｓｎ＋Ｃ＝１００質量％となる。

【0045】

ＡｇまたはＣｕは、ろう材の母材となる成分である。ＳｎまたはＩｎは、ろう材の融点を下げる効果を有する。Ｃ（炭素）は、ろう材の流動性を制御したり、他の成分と反応して接合層の組織を制御する効果がある。このため、ろう材の成分としては、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ、Ａｇ－Ｃｕ－Ｓｎ－Ｔｉ、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ－Ｃ、Ａｇ－Ｃｕ－Ｓｎ－Ｔｉ－Ｃ、Ａｇ－Ｔｉ、Ｃｕ－Ｔｉ、Ａｇ－Ｓｎ－Ｔｉ、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｔｉ、Ａｇ－Ｔｉ－Ｃ、Ｃｕ－Ｔｉ－Ｃ、Ａｇ－Ｓｎ－Ｔｉ－Ｃ、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｔｉ－Ｃ、が挙げられる。Ｓｎの代わりにＩｎが用いられてもよい。ＳｎとＩｎの両方が用いられてもよい。

【0046】

活性金属ろう材には、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）から選ばれる１種以上が、０．１質量％以上１０質量％以下の範囲内で添加されてもよい。タングステン、モリブデン、レニウムの添加により、活性金属ろう材の流動性を制御することができる。活性金属ろう材には、マグネシウム（Ｍｇ）が添加されてもよい。

【0047】

上記の活性金属ろう材は、銅板の接合に有効である。金属部３は銅部材であり、セラミックス基板と銅部材がＡｇを含まない接合層を介して接合されていることが好ましい。Ａｇを含まない接合層とは、Ａｇを添加してない活性金属ろう材を用いて形成される部材を指す。不可避不純物としてＡｇが０．０１質量％以下（検出限界以下としてのゼロを含む）含有されていてもよい。Ａｇを含まない接合層を用いることにより、Ａｇイオンマイグレーションの発生を抑制できることができる。Ａｇイオンマイグレーションとは、湿度の多い環境下で電圧を印加したとき、接合層のＡｇがイオン化して移動する現象である。Ａｇイオンが移動すると、Ａｇが別の場所で析出する。これにより、絶縁不良の原因となる。活性金属ろう材の中で、Ａｇが最もイオンマイグレーションを起こし易い。接合層にＡｇを用いないことにより、Ａｇイオンマイグレーションを抑制することができる。

【0048】

金属板がアルミニウム板である場合、活性金属ろう材には、Ａｌ－Ｓｉ系またはＡｌＭｇ系のろう材を用いることが好ましい。活性金属ろう材中のＳｉまたはＭｇの１種または２種の含有量は、０．１質量％以上２０質量％以下の範囲内であることが好ましい。

【0049】

実施形態に係るセラミックス回路基板は、金属部３に半導体素子が実装された半導体装置に用いることができる。セラミックス回路基板は、モールド樹脂を具備することが好ましい。

【0050】

図７は、実施形態に係る半導体装置の一例を示す側面図である。図７において、符号１はセラミックス回路基板を示す。符号６は半導体素子を示す。符号７はモールド樹脂を示す。符号１０は半導体装置を示す。半導体素子７は、金属部３に実装されている。図７には、２つの半導体素子７が実装された半導体装置１０が例示されている。実施形態に係る半導体装置１０は、この形態に限定されない。半導体素子７の数は任意である。半導体装置１０は、図示しないワイヤーボンディングまたはリードフレームなどを具備していても良い。

【0051】

図７に示す形態では、半導体素子７が実装された第１面２ａが、モールド樹脂８で覆われている。モールド樹脂８はこのような形態に限定されず、半導体装置１０の金属部５まで、モールド樹脂８で覆っても良い。

【0052】

モールド樹脂８は、半導体素子７や配線などを外部応力から保護する役割がある。また、モールド樹脂は湿気などの外気から半導体素子７などを保護する役割もある。モールド樹脂には、主に熱硬化型樹脂が用いられる。熱硬化型樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。

【0053】

モールド方法としては、トランスファー方式、コンプレッション方式などが挙げられる。トランスファー方式は、溶融した樹脂を金型に射出して、硬化する封止方法である。トランスファー形式によって形成されたモールドは、トランスファーモールドと呼ばれている。コンプレッション方式は、予め金型に樹脂を投入、溶融して、硬化する封止方法である。コンプレッション形式によって形成されたモールドは、コンプレッションモールドと呼ばれている。トランスファーモールドは、樹脂を射出する方式のため量産性に優れている。トランスファーモールドは、樹脂流動を伴うため、半導体素子やワイヤーボンディングなどの位置ずれを生じる可能性がある。コンプレッション形式では、予め金型に樹脂を投入し、樹脂を溶融させるので、半導体素子などの位置ずれへの影響は少ない。一方、予め金型に樹脂を投入しなければならない。このため、コンプレッション形式による量産性は、トランスファーモールドよりも低下する。

【0054】

実施形態に係るセラミックス回路基板は、金属部同士の隙間部のセラミックス基板表面は、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが４０μｍ以上としている。山と谷の１サイクルを大きくしている。これにより、モールド樹脂との密着性を向上させている。トランスファーモールド、コンプレッションモールドのどちらの方法であっても密着性を向上させることができる。例えば、トランスファーモールドは、樹脂流動を伴う。樹脂が流動したとしても、山と谷の１サイクルを大きくしておくことにより、流動している樹脂が表面凹凸に入り込んでいく。これにより、密着性を向上させることができる。言い換えると、モールド樹脂８を具備する半導体装置１０に好適である。

【0055】

モールド樹脂を具備する半導体装置において、隙間部（金属部間領域）の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを測定する際は、モールド樹脂を除去してから平均長さＲＳｍを測定する。モールド樹脂の除去方法としては、樹脂のみを溶かす薬液処理などが挙げられる。

【0056】

次に、実施形態に係るセラミックス回路基板１の製造方法について説明する。実施形態に係るセラミックス回路基板１は、上記構成を具備していれば、その製造方法は限定されない。ここでは、歩留まり良くセラミックス回路基板１を製造するための方法を説明する。

【0057】

まず、セラミックス基板２と金属板の接合体を調製する。金属板は、セラミックス基板２の片面または両面に設けられる。セラミックス基板２は、窒化珪素基板、窒化アルミニウム基板、アルミナ基板、ジルコニア基板、アルジル基板から選ばれる１種であることが好ましい。金属板は、銅板、銅合金板、アルミニウム板、アルミニウム合金板から選ばれる１種以上が好ましい。セラミックス基板２と金属板の接合には、活性金属接合法を用いる方法が好ましい。

【0058】

金属板が銅板（銅合金板含む）である場合、活性金属ろう材は、ＣｕまたはＡｇを主成分とし、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆから選ばれる１種以上をさらに含有する。必要に応じ、Ｓｎ、ＩｎまたはＣ（炭素）から選ばれる１種以上が添加されてもよい。金属板がアルミニウム板である場合、活性金属ろう材には、Ａｌ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｍｇ系のろう材を用いることが好ましい。活性金属ろう材の好ましい組成範囲は、前述の通りである。

【0059】

接合工程として、真空中または不活性雰囲気中において、６００～９８０℃で、セラミックス基板と金属板との積層体を加熱する工程が挙げられる。真空中について、圧力は１０^－２Ｐａ以下であることが好ましい。不活性雰囲気としては、窒素雰囲気が好ましい。真空中の接合工程では、バッチ炉を用いることが好ましい。不活性雰囲気中の接合工程には、連続炉を用いることが好ましい。接合工程により、セラミックス基板２と金属板が接合層４を介して接合された接合体が用意される。

【0060】

次に、エッチング工程を行う。エッチング工程は、金属板に回路形状を付与するために実行される。金属板に回路形状を付与することで、上記の金属部３が得られる。また、金属板に回路形状を付与することにより、セラミックス回路基板１が作製される。なお、予め回路形状に加工された金属板が、セラミックス基板２に接合されても良い。この場合、エッチング工程を行う必要はなく、回路形状の金属板が上記の金属部３に相当する。

【0061】

ＲＳｍ、Ｒｐ、Ｒｖの制御には、エッチング工程を活用することが有効である。活性金属ろう材を用いた接合層には、ＡｇまたはＣｕを主成分とする層と、活性金属を主成分とする層とが形成される。国際公開番号ＷＯ２０１９／０５４２９４号公報（特許文献４）には、活性金属ろう材を用いた接合層のエッチング工程として、ろう材エッチング工程と化学研磨工程を用いる方法が挙げられている。

【0062】

銅板の一部がエッチングされると、接合層の一部がむき出しになる。ろう材エッチング工程では、接合層の露出した部分が除去される。また、ろう材の一部をむき出しにする際、露出したろう材の表面が酸化する可能性がある。銅板のエッチング工程によって、ろう材の表面に、反応生成物が生成される可能性もある。化学研磨工程は、ろう材の表面に形成される酸化物または反応生成物を除去するために行われる。化学研磨工程を行うことで、続いて実行されるろう材エッチング工程において、接合層を効率的に除去できる。

【0063】

ＲＳｍなどの制御には、ろう材エッチング液のエッチング量を増やすことが有効である。ろう材エッチング液のエッチング量を増やす方法としては、ろう材エッチング液のエッチングレートを高くすること、ろう材エッチング液のエッチングレートの低下を抑制すること、エッチング時間を長くすること、から選ばれる１種以上が有効である。

【0064】

ろう材エッチング液として、過酸化水素を含有するｐＨ６以下の溶液が挙げられる。ろう材エッチング液のエッチングレートを高くするには、過酸化水素水の濃度を高くすることが有効である。前記エッチング液は、過酸化水素以外に、フッ化アンモニウムと、ｐＨ安定化剤とを含有していても良い。ｐＨ安定化剤として、ＨＢＦ_４、ＥＤＴＡ、ＮＴＡ、ＣｙＤＴＡ、ＤＴＰＡ、ＴＴＨＡ、ＧＥＤＴＡ、グリシン、ジカルボン酸、トリカルボン酸、オキシカルボン酸およびこれらの塩から選ばれる１種以上が挙げられる。

【0065】

ろう材エッチング液のエッチングレートの低下を抑制するには、過酸化水素水の濃度が５質量％変化した際に、新しいエッチング液を投入する方法が有効である。これにより、ろう材エッチング液のエッチングレートの低下を抑制できる。ろう材エッチングのエッチング時間を長くすることも、ＲＳｍの制御に有効である。目安として、１回のろう材エッチング工程の時間は、１５分以上に設定される。

【0066】

また、ＲＳｍなどの制御には、化学研磨工程により、接合層の取り除かれる量を増やすことが有効である。化学研磨工程により取り除かれる量を増やす方法としては、塩酸または硫酸の濃度を増やすこと、化学研磨工程を行う時間を長くすること、が挙げられる。例えば、過酸化水素と硫酸の組合せをろう材エッチング液に用いる場合、硫酸を５質量％以上にすることが挙げられる。塩酸をろう材エッチング液に用いる場合は、塩酸を７質量％以上にする方法が挙げられる。化学研磨工程を行う時間を、５分以上にすることも有効である。

【0067】

上記のろう材エッチング工程および化学研磨工程は、組合わせて実行されても良い。つまり、化学研磨工程とろう材エッチング工程のそれぞれに対して、上記の方法が適用されても良い。また、化学研磨工程およびろう材エッチング工程は、交互に実行されても良い。この場合、複数の化学研磨工程のうち最後の化学研磨工程に上記の方法が適用され、複数のろう材エッチング工程のうち最後のろう材エッチング工程に上記の方法が適用されることが有効である。

【0068】

最後のろう材エッチング工程は、接合層を完全に除去する工程となる。活性金属接合法によりセラミックス基板２と金属板が接合される場合、活性金属を主成分とする層が形成される。活性金属としてＴｉ、セラミックス基板として窒化珪素基板が用いられる場合、活性金属を主成分とする層は窒化チタン（ＴｉＮ）層となる。接合層に、活性金属を主成分とする層が形成されることにより、接合強度が向上する。一方で、活性金属を主成分とする層は導電性を有しているため、セラミックス回路基板１に残存すると、金属部３同士の導通不良の原因となる可能性がある。このため、活性金属を主成分とする層を取り除く必要がある。エッチング工程または化学研磨工程において、取り除かれる量を増やすことにより、活性金属を主成分とする層と、その下のセラミックス基板表面の一部と、を取り除くことができる。これにより、ＲＳｍ等の制御を行うことができる。

【0069】

予め回路形状の金属板をセラミックス基板２に接合し、エッチング工程を行わない場合は、金属板同士の隙間部に対して、化学研磨工程を施すことが有効である。また、必要に応じ、第２領域をブラスト処理や研磨工程を施してＲＳｍ等の制御を行う方法も有効である。

【0070】

以上の工程により、実施形態に係るセラミックス回路基板１を製造することができる。さらに、セラミックス回路基板１に半導体素子７などを実装することにより、半導体装置１０を製造することができる。必要に応じ、半導体装置１０には、モールド樹脂８が設けられる。

【0071】

（実施例１～７、比較例１～２）
実施例１～６にかかるセラミックス基板として、窒化珪素基板を用意した。窒化珪素基板の熱伝導率は９０Ｗ／ｍ・Ｋ、３点曲強度は７００ＭＰａである。窒化珪素基板の縦寸法は５０ｍｍ、横寸法は４０ｍｍ、厚さは０．３２ｍｍである。金属板として、厚さ０．８ｍｍの銅板を用意した。

【0072】

次に、活性金属接合法を用いて窒化珪素基板と銅板の接合体（窒化珪素回路基板）を製造した。窒化珪素基板の両面に、厚さ０．８ｍｍの銅板をそれぞれ接合した。活性金属ろう材の組成は、表１に示す通りである。

【0073】

実施例７にかかるセラミックス基板として、窒化アルミニウム基板を用意した。窒化アルミニウム基板の熱伝導率は１７０Ｗ／ｍ・Ｋ、３点曲強度は４００ＭＰａである。金属板として、厚さ０．４ｍｍの銅板を用意した。活性金属接合法を用いて、窒化アルミニウム基板の両面に、厚さ０．４ｍｍの銅板をそれぞれ接合し、接合体（窒化アルミニウム回路基板）を製造した。また、比較例１として、窒化珪素回路基板を製造した。比較例２として、窒化アルミニウム回路基板を製造した。

【0074】

【表1】

【0075】

次に、エッチング工程により、銅板に回路形状を付与し、金属部３を形成した。実施例に係るセラミックス回路基板については、ろう材エッチング液のエッチング量を増やす方法、または化学研磨工程により取り除かれる量を増やす方法を用いた。

【0076】

製造されたセラミックス回路基板において、第２領域ｒ２の合計面積（％）は表２に示した通りである。なお、第２領域ｒ２の合計面積（％）は、（各第２領域ｒ２の面積の合計／第１面２ａの表面積）×１００（％）により算出した。第１面２ａの表面積は、縦５０ｍｍ×横４０ｍｍ＝２０００ｍｍ^２である。また、第２領域ｒ２におけるＲＳｍ、Ｒｐ、Ｒｖを測定した。ＲＳｍ、Ｒｐ、及びＲｖの測定方法は、前述の通りである。

【0077】

【表2】

【0078】

実施例に係るセラミックス回路基板では、ＲＳｍを４０μｍ以上とした。また、Ｒｐを１．０μｍ以上とし、Ｒｖを１．０μｍ以上とした。比較例１および比較例２では、ＲＳｍを４０μｍ未満とした。

【0079】

次に、実施例および比較例に係るセラミックス回路基板に半導体素子を実装して半導体装置を製造した。半導体装置に対して、モールド樹脂を設けた。モールド樹脂を設けた半導体装置に対して、Ａｇマイグレーション特性および樹脂密着性を測定した。

【0080】

Ａｇマイグレーション特性の評価では、高温高湿の雰囲気中で半導体装置に電圧を印加し、Ａｇマイグレーション痕の発生割合を測定した。測定装置として、エスペック社エレクトロケミカルマイグレーション評価システムを用いた。温度８５℃、湿度８５％の環境下で、印加電圧ＡＣ２０００Ｖ（ピーク電圧２８２０Ｖ）を連続で４０時間、半導体装置に加える。セラミックス回路基板の表面におけるＡｇマイグレーション痕の有無を調べた。

【0081】

各実施例および各比較例において、１００個の半導体装置を評価した。各例において、少なくとも１つのＡｇマイグレーション痕が存在する半導体装置の数をカウントした。カウントされた数が０だった例を、「最良」とした。カウントされた数が１以上１０以下だった例を、「良」とした。カウントされた数が１１以上だった例を、「不良」とした。

【0082】

樹脂密着性について、ＴＣＴ試験（熱サイクル試験）後のモールド樹脂のはがれの有無を測定した。ＴＣＴ試験では、－４０℃×３０分→室温（２５℃）×１０分→１７５℃×３０分→室温（２５℃）×１０分を１サイクルとし、３００サイクル後のモールド樹脂のはがれの有無を測定した。超音波探傷法（ＳＡＴ）により、第２領域ｒ２の表面における樹脂はがれの有無を測定した。モールド樹脂のはがれ率（％）は、（第２領域ｒ２において樹脂が剥がれているの合計／第２領域ｒ２の合計面積）×１００により計算した。その結果を表３に示す。

【0083】

【表3】

【0084】

表３から分かるように、実施例に係る半導体装置では、セラミックス基板と樹脂との密着性が良好であった。特許文献２のように銅板に凹部を設けなくても、密着性が改善されていた。このため、実施形態によれば、半導体素子を実装する面積の減少を抑制できる。

【0085】

実施例６および実施例７のように、ＲＳｍが４０μｍ以上１００μｍ以下を外れると、樹脂はがれが発生していた。このため、ＲＳｍは、４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内が好ましいことが分かる。また、Ａｇレスろう材を用いた実施例４～７では、Ａｇイオンマイグレーションが発生しなかった。この点からすると、Ａｇレスろう材を用いることが好ましい。言い換えると、Ａｇレスろう材を用いることにより、Ａｇイオンマイグレーション抑制とモールド樹脂の密着性向上を両立させることができる。それに対し、比較例１および比較例２では、ＲＳｍが小さいため、モールド樹脂の密着性が低下した。

【0086】

本発明の実施形態は、以下の構成を含みうる。
（構成１）
第１面を有するセラミックス基板と、
前記第１面の複数の第１領域にそれぞれ設けられた複数の金属部と、を備え、
前記第１面は、隣り合う前記第１領域同士の間に位置する第２領域を有し、
前記第２領域における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、４０μｍ以上である、セラミックス回路基板。
（構成２）
前記第２領域における前記平均長さＲＳｍは、１００μｍ以下である、構成１に記載のセラミックス回路基板。
（構成３）
前記第２領域における面の粗さ曲線の最大山高さＲｐは、１．０μｍ以上である、構成１ないし構成２のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板。
（構成４）
前記第２領域における面の粗さ曲線の最大谷深さＲｖは、１．０μｍ以上である、構成１ないし構成３のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板。
（構成５）
前記第１面の表面積に対する１つ以上の前記第２領域の面積の和は、５％以上５０％以下の範囲内である、構成１ないし構成４のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板。
（構成６）
前記セラミックス基板は窒化珪素基板である、構成１ないし構成５のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板。
（構成７）
前記複数の金属部のそれぞれは銅部材であり、
複数の前記銅部材は、Ａｇを含まない複数の接合層を介して前記複数の第１領域にそれぞれ接合されている、構成１ないし構成６のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板。
（構成８）
前記第２領域における粗さ曲線の最大山高さＲｐが１．０μｍ以上、かつ、前記粗さ曲線の最大谷深さＲｖが１．０μｍ以上ある、構成７に記載のセラミックス回路基板。
（構成９）
前記第１面の表面積に対する１つ以上の前記第２領域の面積の和は、５％以上５０％以下の範囲内である、構成８に記載のセラミックス回路基板。
（構成１０）
構成１ないし構成９のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板と、
前記複数の金属部のいずれかの上に実装された半導体素子と、
を備えた半導体装置。
（構成１１）
前記第２領域を覆うモールド樹脂をさらに備えた、構成１０記載の半導体装置。

【0087】

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0088】

１…セラミックス回路基板
２…セラミックス基板
２ａ…第１面（表面）
２ｂ…第２面（裏面）
３，３ａ～３ｄ…金属部
４…接合層
５…金属部（裏金属部）
６…接合層
７…半導体素子
８…モールド樹脂
１０…半導体装置
ｒ１…第１領域
ｒ２…第２領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】